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钢筋在碳化、氯离子等作用下发生锈蚀,从而引起钢筋混凝土性能的退化是许多国家所要面对和解决的一个重要问题。现有研究表明:聚合物/纳米复合材料可以作为高性能涂料或是用纤维增强材料和聚合物组成的复合材料(FRP)来代替钢筋从而提高混凝土结构的耐久性能。虽然FRP复合材料具有比较优越的耐外界侵蚀能力,但在一些强腐蚀环境中(如酸、碱、高温潮湿等),其耐久性的问题同样面临着不同程度侵蚀的考验,尤其是产量巨大、价格低廉的玻璃纤维增强复合材料(GFRP)。因此,为了拓展普通纤维增强复合材料(FRP)在土木工程的应用,本研究将尝试引入纳米改性技术对FRP的树脂基体进行改良,使其高温稳定性、耐碱环境、抗渗透性等耐久性能得到不同程度的改善。具体研究成果可归纳为以下几点:(1)采用原位插层聚合法制备出环氧树脂/有机蒙脱土(EP/OMMT)纳米复合材料。X-射线衍射分析(XRD)和透射电子显微镜(TEM)微观表征试验结果表明,制备的EP/OMMT纳米复合材料表现出良好的插层效果,甚至达到完全剥离的理想状态;通过红外光谱分析(FTIR)技术,证明了EP/OMMT纳米复合材料没有新的官能团产生,所以两者并没有反应作用;而热动力学分析(DMA)结果表明:在聚合物中加入适量(约1~3wt%)的黏土粉体,其热动力特性和热稳定特性得到提高,但当黏土粉体的加入量过高时,反而得到相反的结果。(2)力学性能研究发现,与纯环氧树脂相比,随着黏土粉体的掺入,EP/OMMT纳米复合材料的拉伸、弯曲等力学性能(强度和相关模量指标)均有所提高。但当黏土粉体掺量超过2wt%后,纳米复合材料的拉伸和弯曲强度则呈下降趋势,甚至可能低于纯环氧树脂的相关力学指标,这在弯曲强度表现得尤为明显。而过量黏土粉体的掺入则对拉伸模量和弯曲模量的影响各异,拉伸模量达到最大值后基本稳定发展,而弯曲模量则呈明显的下降发展。随着黏土粉体掺量超过2wt%时,“富余”的黏土粉体在树脂基体中发生局部团聚现象,容易引起树脂内部的局部应力集中,从而使其力学性能下降。(3)在试验室条件下,制备出不同纤维丝体积率的GFRP层压板,通过测试其力学性能和耐久性能可以确定60%的纤维丝体积率为层压板的最佳值。然后以此纤维体积率制备出以EP/OMMT纳米复合材料为基体的Nano-GFRP层压板。研究发现其拉伸力学性能稍有提高。通过加速劣化试验方法,研究发现在强碱和水溶液浸泡两种情况下,Nano-GFRP层压板的耐腐蚀性能均优越于普通层压板。